基于非線性模型的無人直升機(jī)自適應(yīng)姿態(tài)控制器.pdf

1、隨著技術(shù)的發(fā)展，無人直升機(jī)因?yàn)轶w積小、質(zhì)量輕、造價(jià)低、具有獨(dú)特的飛行特性等特點(diǎn)，在軍民用領(lǐng)域發(fā)揮著越來越大的作用。應(yīng)用范圍的擴(kuò)大對(duì)無人直升機(jī)的姿態(tài)控制提出更高要求。傳統(tǒng)的線性控制方案采用線性模型設(shè)計(jì)線性姿態(tài)控制器。這類方案忽略了無人直升機(jī)的非線性和強(qiáng)耦合等本質(zhì)特征，因此只能在平衡點(diǎn)附近調(diào)節(jié)姿態(tài)。針對(duì)該問題，學(xué)者們嘗試采用非線性控制方法比如反饋線性化、滑?？刂坪头床娇刂?，來設(shè)計(jì)無人直升機(jī)姿態(tài)控制器。這些非線性控制器克服了線性方案的不足，但

2、是它們結(jié)構(gòu)復(fù)雜，很難應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)。本課題旨在研究結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)的無人直升機(jī)非線性姿態(tài)控制方案，并開發(fā)一套無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)。
　　首先本文采用姿態(tài)四元數(shù)設(shè)計(jì)了一種計(jì)算量小、易于實(shí)現(xiàn)的自適應(yīng)姿態(tài)控制器，避免了上述各種控制方法的缺點(diǎn)，并且能在干擾力矩作用下消除姿態(tài)控制誤差、保持系統(tǒng)全局穩(wěn)定。根據(jù)響應(yīng)速率差別，將無人直升機(jī)姿態(tài)控制器的設(shè)計(jì)化分為內(nèi)外環(huán)。內(nèi)環(huán)主旋翼?yè)]舞控制器采用線性開環(huán)控制。外環(huán)姿態(tài)控制器引入動(dòng)態(tài)的自適應(yīng)控制補(bǔ)償

3、干擾力矩。然后應(yīng)用李雅普諾夫理論對(duì)閉環(huán)系統(tǒng)的全局漸進(jìn)穩(wěn)定性進(jìn)行嚴(yán)格證明。最后進(jìn)行仿真對(duì)比。結(jié)果表明自適應(yīng)姿態(tài)控制器能在干擾力矩作用下消除穩(wěn)態(tài)誤差，保持系統(tǒng)全局漸進(jìn)穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)精確的大幅度姿態(tài)調(diào)節(jié)。
　　其次，設(shè)計(jì)了一套無人直升機(jī)飛行控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)所提出的姿態(tài)控制器?？紤]到系統(tǒng)的可靠性和可擴(kuò)展性，該飛行控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為“機(jī)載上位機(jī)——機(jī)載下位機(jī)——地面站”的系統(tǒng)架構(gòu)方式。機(jī)載上位機(jī)采用“Wifi模塊+PC104 plus”嵌入式計(jì)算機(jī)，